2017年北京市高考物理试卷【Word版】

2017年北京市高考物理试卷

一、本部分共8小题，每小题6分，共120分．在每小题列出的四个选项中，选出最符合题目要求的一项．

1．（6分）以下关于热运动的说法正确的是（）

A．水流速度越大，水分子的热运动越剧烈

B．水凝结成冰后，水分子的热运动停止

C．水的温度越高，水分子的热运动越剧烈

D．水的温度升高，每一个水分子的运动速率都会增大

2．（6分）如图所示，一束可见光穿过平行玻璃砖后，变为a、b两束单色光．如果光束b是蓝光，则光束a可能是（）

A．红光B．黄光C．绿光D．紫光

3．（6分）某弹簧振子沿x轴的简谐振动图象如图所示，下列描述正确的是（）

A．t=1s时，振子的速度为零，加速度为负的最大值

B．t=2s时，振子的速度为负，加速度为正的最大值

C．t=3s时，振子的速度为负的最大值，加速度为零

D．t=4s时，振子的速度为正，加速度为负的最大值

4．（6分）如图所示，理想变压器的原线圈接在u=220sinπt（V）的交流电源上，副线圈接有R=55Ω的负载电阻，原、副线圈匝数之比为2：1，电流表、电

压表均为理想电表．下列说法正确的是（）

A．原线圈的输入功率为220W

B．电流表的读数为1A

C．电压表的读数为110V

D．副线圈输出交流电的周期为50s

5．（6分）利用引力常量G和下列某一组数据，不能计算出地球质量的是（）A．地球的半径及地球表面附近的重力加速度（不考虑地球自转的影响）

B．人造卫星在地面附近绕地球做圆周运动的速度及周期

C．月球绕地球做圆周运动的周期及月球与地球间的距离

D．地球绕太阳做圆周运动的周期及地球与太阳间的距离

6．（6分）2017年年初，我国研制的“大连光源”﹣﹣极紫外自由电子激光装置，发出了波长在100nm（1nm=10﹣9m）附近连续可调的世界上首个最强的极紫外激光脉冲，大连光源因其光子的能量大、密度高，可在能源利用、光刻技术、雾霾治理等领域的研究中发挥重要作用。

一个处于极紫外波段的光子所具有的能量可以电离一个分子，但又不会把分子打碎。据此判断，能够电离一个分子的能量约为（取普朗克常量h=6.6×10﹣34J?s，真空光速c=3×108m/s）（）

A．10﹣21J B．10﹣18J C．10﹣15J D．10﹣12J

7．（6分）图1和图2是教材中演示自感现象的两个电路图，L1和L2为电感线圈。实验时，断开开关S1瞬间，灯A1突然闪亮，随后逐渐变暗；闭合开关S2，灯A2逐渐变亮，而另一个相同的灯A3立即变亮，最终A2与A3的亮度相同。下列说法正确的是（）

A．图1中，A1与L1的电阻值相同

B．图1中，闭合S1，电路稳定后，A1中电流大于L1中电流

C．图2中，变阻器R与L2的电阻值相同

D．图2中，闭合S2瞬间，L2中电流与变阻器R中电流相等

8．（6分）物理学原理在现代科技中有许多重要应用．例如，利用波的干涉，可将无线电波的干涉信号用于飞机降落的导航．如图所示，两个可发射无线电波的天线对称地固定于飞机跑道两侧，它们类似于杨氏干涉实验中的双缝．两天线同时都发出波长为λ1和λ2的无线电波．飞机降落过程中，当接收到λ1和λ2的信号都保持最强时，表明飞机已对准跑道．下列说法正确的是（）

A．天线发出的两种无线电波必须一样强

B．导航利用了λ1与λ2两种无线电波之间的干涉

C．两种无线电波在空间的强弱分布稳定

D．两种无线电波各自在空间的强弱分布完全重合

二、解答题（共4小题，满分72分）

9．（18分）如图1所示，用质量为m的重物通过滑轮牵引小车，使它在长木板上运动，打点计时器在纸带上记录小车的运动情况．利用该装置可以完成“探究动能定理”的实验．

（1）打点计时器使用的电源是（选填选项前的字母）．

A．直流电源B．交流电源

（2）实验中，需要平衡摩擦力和其他阻力．正确操作方法是（选填选项前的字母）．

A．把长木板右端垫高B．改变小车的质量

在不挂重物且（选填选项前的字母）的情况下，轻推一下小车，若小车拖着纸带做匀速运动，表明已经消除了摩擦力和其他阻力的影响．

A．计时器不打点B．计时器打点

（3）接通电源，释放小车，打点计时器在纸带上打下一系列点，将打下的第一个点标为O．在纸带上依次取A、B、C…若干个计数点，已知相邻计数点间的时间间隔为T．测得A、B、C…各点到O点的距离为x1、x2、x3…，如图2所示．

实验中，重物质量远小于小车质量，可认为小车所受的拉力大小为mg，从打O 点打B点的过程中，拉力对小车做的功W=，打B点时小车的速度v=．

（4）以v2为纵坐标，W为横坐标，利用实验数据做如图3所示的v2﹣W图象．由此图象可得v2随W变化的表达式为．根据功与能的关系，动能的表达式中可能包含v2这个因子；分析实验结果的单位关系，与图线斜率有关的物理量应是．

（5）假设已经完全消除了摩擦力和其他阻力的影响，若重物质量不满足远小于小车质量的条件，则从理论上分析，图4中正确反映v2﹣W关系的是．

10．（16分）如图所示，长l=1m的轻质细绳上端固定，下端连接一个可视为质点的带电小球，小球静止在水平向右的匀强电场中，绳与竖直方向的夹角θ=37°．已知小球所带电荷量q=1.0×10﹣6C，匀强电场的场强E=3.0×103N/C，取重力加速度g=10m/s2，sin 37°=0.6，cos 37°=0.8．求：

（1）小球所受电场力F的大小．

（2）小球的质量m．

（3）将电场撤去，小球回到最低点时速度v的大小．

11．（18分）在磁感应强度为B的匀强磁场中，一个静止的放射性原子核发生了一次α衰变．放射出的α粒子（）在与磁场垂直的平面内做圆周运动，其

轨道半径为R．以m、q分别表示α粒子的质量和电荷量．

（1）放射性原子核用表示，新核的元素符号用Y表示，写出该α衰变的核反应方程．

（2）α粒子的圆周运动可以等效成一个环形电流，求圆周运动的周期和环形电流大小．

（3）设该衰变过程释放的核能都转为为α粒子和新核的动能，新核的质量为M，求衰变过程的质量亏损△m．

12．（20分）发电机和电动机具有装置上的类似性，源于它们机理上的类似性．直流发电机和直流电动机的工作原理可以简化为如图1、图2所示的情景．

在竖直向下的磁感应强度为B的匀强磁场中，两根光滑平行金属轨道MN、PQ 固定在水平面内，相距为L，电阻不计．电阻为R的金属导体棒ab垂直于MN、PQ放在轨道上，与轨道接触良好，以速度v（v平行于MN）向右做匀速运动．图1轨道端点MP间接有阻值为r的电阻，导体棒ab受到水平向右的外力作用．图2轨道端点MP间接有直流电源，导体棒ab通过滑轮匀速提升重物，电路中的电流为I．

（1）求在△t时间内，图1“发电机”产生的电能和图2“电动机”输出的机械能．（2）从微观角度看，导体棒ab中的自由电荷所受洛伦兹力在上述能量转化中起着重要作用．为了方便，可认为导体棒中的自由电荷为正电荷．

a．请在图3（图1的导体棒ab）、图4（图2的导体棒ab）中，分别画出自由电荷所受洛伦兹力的示意图．

b．我们知道，洛伦兹力对运动电荷不做功．那么，导体棒ab中的自由电荷所受洛伦兹力是如何在能量转化过程中起到作用的呢？请以图2“电动机”为例，通过计算分析说明．

2017年北京市高考物理试卷

参考答案与试题解析

一、本部分共8小题，每小题6分，共120分．在每小题列出的四个选项中，选出最符合题目要求的一项．

1．（6分）以下关于热运动的说法正确的是（）

A．水流速度越大，水分子的热运动越剧烈

B．水凝结成冰后，水分子的热运动停止

C．水的温度越高，水分子的热运动越剧烈

D．水的温度升高，每一个水分子的运动速率都会增大

【分析】明确分子热运动的性质，知道分子热运动与宏观运动无关，是物体内部分子的无规则运动，其剧烈程度与温度有关，但要注意温度很低时分子热运动仍在继续，同时温度升高时并不是所有分子的速率都增大。

【解答】解：A、分子的热运动是内部分子的运动，只与温度有关，与水流速度无关，故A错误；

B、水凝结成冰后，水分子仍然在进行无规则运动，故B错误；

C、分子热运动与温度有关，水的温度越高，水分子的热运动越剧烈，故C正确；

D、水的温度升高，分子的平均动能增大，但是并不是每个分子的运动速率都增大，可能有些分子运动速率减小，故D错误。

故选：C。

【点评】本题考查分子热运动的基本性质，要注意明确温度是统计规律，温度升高时分子的热运动剧烈，分子平均动能增大，大多数分子运动加快，但可能有些分子运动减慢。

2．（6分）如图所示，一束可见光穿过平行玻璃砖后，变为a、b两束单色光．如果光束b是蓝光，则光束a可能是（）

A．红光B．黄光C．绿光D．紫光

【分析】根据两光对应的折射角可确定折射率大小，进而确定频率关系确定光束的性质．

【解答】解：光从空气斜射到玻璃，因为玻璃上下表面平行，当第二次折射时折射光线与第一次折射入射光线平行。由于折射率不同，a光偏折较大，b光偏折较小。所以此玻璃对a光的折射率大于对b光的折射率，所以a的频率大于b 的频率，给出的各色光中频率大于蓝光的只有紫光，故D正确，ABC错误。

故选：D。

【点评】本题主要考查了折射定律的直接应用，要求同学们能根据偏折角的关系判断折射率及频率的关系；同时还要熟记可见光中各种颜色的单色光的频率大小关系．

3．（6分）某弹簧振子沿x轴的简谐振动图象如图所示，下列描述正确的是（）

A．t=1s时，振子的速度为零，加速度为负的最大值

B．t=2s时，振子的速度为负，加速度为正的最大值

C．t=3s时，振子的速度为负的最大值，加速度为零

D．t=4s时，振子的速度为正，加速度为负的最大值

【分析】根据简谐运动的位移图象直接读出质点的位移与时间的关系。当物体位移为零时，质点的速度最大，加速度为零；当位移为最大值时，速度为零，加速

度最大。加速度方向总是与位移方向相反，位移为负值，加速度为正值。

【解答】解：A、t=1s时，振子位于正向最大位移处，振子的速度为零，加速度的方向指向平衡位置，所以加速度为负的最大值，故A正确；

B、t=2s时，振子位于平衡位置正在向下运动，振子的速度最大，方向向下，加速度为0，故B错误；

C、t=3s时，振子位于负向最大位移处，振子的速度为零，加速度最大，故C错误；

D、t=4s时，振子位于平衡位置正在向上运动，振子的速度为正，加速度为0，故D错误。

故选：A。

【点评】本题考查对简谐运动图象的理解能力，要抓住简谐运动中质点的速度与加速度的变化情况是相反。

4．（6分）如图所示，理想变压器的原线圈接在u=220sinπt（V）的交流电源上，副线圈接有R=55Ω的负载电阻，原、副线圈匝数之比为2：1，电流表、电压表均为理想电表．下列说法正确的是（）

A．原线圈的输入功率为220W

B．电流表的读数为1A

C．电压表的读数为110V

D．副线圈输出交流电的周期为50s

【分析】根据瞬时值的表达式可以求得输出电压的有效值、周期和频率等，再根据电压与匝数成正比，电流与匝数成反比，即可求得结论．

【解答】解：A、由题意知，原线圈电压有效值为220V，原、副线圈匝数之比为2：1，由=可得，U2=110V，输入功率和输出功率相等可得原线圈中的输入

功率为P

入=P

出

==220W，故A错误；

B、副线圈的电流为I2===2A，由n1I1=n2I2可得，I1=1A，即电流表的读数为1A，故B正确；

C、电压表的读数为有效值，即U=110V，故C错误；

D、由u=220sinπt（V）可知，ω=π，又由ω=，解得：T=2s，理想变压器不改变周期，故D错误。

故选：B。

【点评】本题主要考查变压器的知识，要能对变压器的最大值、有效值、瞬时值以及变压器变压原理、功率等问题彻底理解．

5．（6分）利用引力常量G和下列某一组数据，不能计算出地球质量的是（）A．地球的半径及地球表面附近的重力加速度（不考虑地球自转的影响）

B．人造卫星在地面附近绕地球做圆周运动的速度及周期

C．月球绕地球做圆周运动的周期及月球与地球间的距离

D．地球绕太阳做圆周运动的周期及地球与太阳间的距离

【分析】A由地球表面物体重力等于万有引力求解，BCD根据万有引力做向心力判断。

【解答】解：A、根据地球表面物体重力等于万有引力可得：=mg，所以，地球质量M=，故A可计算；

B、由万有引力做向心力可得：=m=m（）2R，故可根据v，T求得R，

进而求得地球质量，故B可计算；

CD、根据万有引力做向心力可得：=m（）2R，故可根据T，r求得中心天体的质量M，运动天体的质量m的质量无法求解，故C可求解，D无法求解；本题选不能计算出的，

故选：D。

【点评】万有引力的应用问题一般由重力加速度求得中心天体质量，或由中心天体质量、轨道半径、线速度、角速度、周期中两个已知量，根据万有引力做向心力求得其他物理量。

6．（6分）2017年年初，我国研制的“大连光源”﹣﹣极紫外自由电子激光装置，发出了波长在100nm（1nm=10﹣9m）附近连续可调的世界上首个最强的极紫外激光脉冲，大连光源因其光子的能量大、密度高，可在能源利用、光刻技术、雾霾治理等领域的研究中发挥重要作用。

一个处于极紫外波段的光子所具有的能量可以电离一个分子，但又不会把分子打碎。据此判断，能够电离一个分子的能量约为（取普朗克常量h=6.6×10﹣34J?s，真空光速c=3×108m/s）（）

A．10﹣21J B．10﹣18J C．10﹣15J D．10﹣12J

【分析】根据光子波长，结合E=求出光子具有的能量，确定能够电离一个分子能量的数量级。

【解答】解：能够电离一个分子的能量为E==J=1.98

×10﹣18J，故B正确，A、C、D错误。

故选：B。

【点评】解决本题的关键知道光子能量与光子波长的关系，结合公式分析求解，基础题。

7．（6分）图1和图2是教材中演示自感现象的两个电路图，L1和L2为电感线圈。实验时，断开开关S1瞬间，灯A1突然闪亮，随后逐渐变暗；闭合开关S2，灯A2逐渐变亮，而另一个相同的灯A3立即变亮，最终A2与A3的亮度相同。下列说法正确的是（）

A．图1中，A1与L1的电阻值相同

B．图1中，闭合S1，电路稳定后，A1中电流大于L1中电流

C．图2中，变阻器R与L2的电阻值相同

D．图2中，闭合S2瞬间，L2中电流与变阻器R中电流相等

【分析】闭合开关的瞬间，通过L的电流增大，产生自感电动势，根据楞次定律分析电流的变化，判断通过两灯电流的关系。待电路稳定后断开开关，线圈产生自感电动势，分析通过两灯的电流关系，判断两灯是否同时熄灭。

【解答】解：A、图1中，断开S1的瞬间，A1灯闪亮，是因为电路稳定时，A1的电流小于L的电流，则可知L的电阻小于A1的电阻，故A错误；

B、图1中，闭合S1，电路稳定后，断开开关S1瞬间，灯A1突然闪亮，说明灯泡中的电流小于线圈中的电流，故B错误；

C、图2中，因为要观察两只灯泡发光的亮度变化，两个支路的总电阻相同，因两个灯泡电阻相同，所以变阻器R与L2的电阻值相同，故C正确；

D、图2中，闭合S2瞬间，L2对电流由阻碍作用，所以L2中电流与变阻器R中电流不相等，故D错误。

故选：C。

【点评】当通过线圈本身的电流变化时，线圈中会产生自感现象，这是一种特殊的电磁感应现象，可运用楞次定律分析自感电动势对电流的影响。

8．（6分）物理学原理在现代科技中有许多重要应用．例如，利用波的干涉，可将无线电波的干涉信号用于飞机降落的导航．如图所示，两个可发射无线电波的天线对称地固定于飞机跑道两侧，它们类似于杨氏干涉实验中的双缝．两天线同时都发出波长为λ1和λ2的无线电波．飞机降落过程中，当接收到λ1和λ2的信号都保持最强时，表明飞机已对准跑道．下列说法正确的是（）

A．天线发出的两种无线电波必须一样强

B．导航利用了λ1与λ2两种无线电波之间的干涉

C．两种无线电波在空间的强弱分布稳定

D．两种无线电波各自在空间的强弱分布完全重合

【分析】当两波的频率相同，可以发生干涉，两波源连线的中垂线上的点到两波源的路程差为零，都是加强点．

【解答】解：A、干涉要求两波源的频率相同，而强度没有要求，故A错误。B、由于无线电波以光速传播，根据知，波长不同，频率不同，所以两种无线电波之间不会发生干涉，故B错误。

C、空间中某点加强与减弱取决于到两波源的距离差为半波长的奇、偶数倍。所以两种电波的干涉强弱分布是固定的，而且λ1≠λ2，所以两种干涉分布不重合，不过中垂线都是加强点，故C正确，D错误。

故选：C。

【点评】解决本题的关键知道干涉的条件，知道当飞机沿两波源中垂线降落时，路程差为零，为振动加强点，接收到的信号最强．

二、解答题（共4小题，满分72分）

9．（18分）如图1所示，用质量为m的重物通过滑轮牵引小车，使它在长木板上运动，打点计时器在纸带上记录小车的运动情况．利用该装置可以完成“探究动能定理”的实验．

（1）打点计时器使用的电源是B（选填选项前的字母）．

A．直流电源B．交流电源

（2）实验中，需要平衡摩擦力和其他阻力．正确操作方法是A（选填选项前的字母）．

A．把长木板右端垫高B．改变小车的质量

在不挂重物且B（选填选项前的字母）的情况下，轻推一下小车，若小车拖着纸带做匀速运动，表明已经消除了摩擦力和其他阻力的影响．

A．计时器不打点B．计时器打点

（3）接通电源，释放小车，打点计时器在纸带上打下一系列点，将打下的第一个点标为O．在纸带上依次取A、B、C…若干个计数点，已知相邻计数点间的时间间隔为T．测得A、B、C…各点到O点的距离为x1、x2、x3…，如图2所示．

实验中，重物质量远小于小车质量，可认为小车所受的拉力大小为mg，从打O 点打B点的过程中，拉力对小车做的功W=mgx2，打B点时小车的速度v=．

（4）以v2为纵坐标，W为横坐标，利用实验数据做如图3所示的v2﹣W图象．由此图象可得v2随W变化的表达式为0.008+4.69W．根据功与能的关系，动能的表达式中可能包含v2这个因子；分析实验结果的单位关系，与图线斜率有关的物理量应是kg﹣1．

（5）假设已经完全消除了摩擦力和其他阻力的影响，若重物质量不满足远小于小车质量的条件，则从理论上分析，图4中正确反映v2﹣W关系的是A．

【分析】（1）打点计时器使用的都是交流电；

（2）回忆平衡摩擦力的方法；为了平衡摩擦力和阻力，应该让打点计时器打点；（3）根据功的定义计算拉力对小车做的功，根据中点时刻瞬时速度等于平均速度计算；

（4）读图，从中得出两个量的关系，并分析斜率的单位；

（5）根据牛顿第二定律分析图象．

【解答】解：（1）打点计时器使用的是交流电，故选：B；

（2）平衡摩擦力的方法是：把木板一段垫高，让小车滑下，当小车匀速运动时，就意味着摩擦力抵消了，故选：A；

此时应当让打点计时器打点，因为打点计时器也会有摩擦力，故选：B；

（3）由于近似认为拉力等于重力，所以根据W=FS可知，拉力做功为W=mgx2；中点时刻的速度等于该段时间内的平均速度，所以B点的速度等于AC段的平均速度，即V==；

（4）根据图象上的点，可以得出得v2随W变化的表达式为：v2=0.008+4.69W；功是能量转化的量度，所以功和能的单位是相同的，斜率设为k，则k=，代入单位后，k的单位为kg﹣1，所以与该斜率有关的物理量为质量；

（5）如果实验中完全消除了摩擦力和其它阻力，那么重物重力做的功就等于重锤和小车动能的增加量；

即：W=（M+m）v2，期中W=mgh，质量都是定值，所以v2与W成正比，A图正确．

故选：A．

故答案为：（1）B；（2）A；B；（3）mgx2；；（4）0.008+4.69W；质量；（5）A．

【点评】本题考查动能定理的实验探究，这个实验的一个重点就是学会使用打点计时器计算速度，然后分析动能和重力势能的关系，多练习速度计算也是本题的一个基础．本实验中也要知道误差的来源，这样在分析图象问题时就容易得出原因．

10．（16分）如图所示，长l=1m的轻质细绳上端固定，下端连接一个可视为质点的带电小球，小球静止在水平向右的匀强电场中，绳与竖直方向的夹角θ=37°．已知小球所带电荷量q=1.0×10﹣6C，匀强电场的场强E=3.0×103N/C，取重力加速度g=10m/s2，sin 37°=0.6，cos 37°=0.8．求：

（1）小球所受电场力F的大小．

（2）小球的质量m．

（3）将电场撤去，小球回到最低点时速度v的大小．

【分析】（1）根据电场力的计算公式求解电场力；

（2）画出小球受力情况示意图，根据几何关系列方程求解质量；

（3）根据机械能守恒定律求解速度．

【解答】解：（1）根据电场力的计算公式可得电场力F=qE=1.0×10﹣6×3.0×103 N=3.0×10﹣3 N；

（2）小球受力情况如图所示：

根据几何关系可得mg=，

所以m===4×10﹣4kg；

（3）电场撤去后小球运动过程中机械能守恒，则mgl（1﹣cos37°）=，解得：v=2m/s．

答：（1）小球所受电场力F的大小为3.0×10﹣3 N．

（2）小球的质量为4×10﹣4kg．

（3）将电场撤去，小球回到最低点时速度v的大小为2m/s．

【点评】有关带电粒子在匀强电场中的运动，可以从两条线索展开：其一，力和运动的关系．根据带电粒子受力情况，用牛顿第二定律求出加速度，结合运动学公式确定带电粒子的速度和位移等；其二，功和能的关系．根据电场力对带电粒子做功，引起带电粒子的能量发生变化，利用动能定理进行解答．

11．（18分）在磁感应强度为B的匀强磁场中，一个静止的放射性原子核发生了一次α衰变．放射出的α粒子（）在与磁场垂直的平面内做圆周运动，其轨道半径为R．以m、q分别表示α粒子的质量和电荷量．

（1）放射性原子核用表示，新核的元素符号用Y表示，写出该α衰变的核反应方程．

（2）α粒子的圆周运动可以等效成一个环形电流，求圆周运动的周期和环形电流大小．

（3）设该衰变过程释放的核能都转为为α粒子和新核的动能，新核的质量为M，求衰变过程的质量亏损△m．

【分析】（1）由质量守恒及电荷守恒写出核反应方程；

（2）由粒子做圆周运动，洛伦兹力做向心力求得运动周期，进而根据一个周期通过的电量为粒子所带电荷量得到等效电流；

（3）由（2）求得α粒子的速度，再通过动量守恒求得新核的速度，进而求得两粒子的动能，即可得到衰变过程的核能，再由爱因斯坦质能方程即可求得质量亏损．

【解答】解：（1）由质量守恒及电荷守恒可得该α衰变的核反应方程为→+；

（2）α粒子做圆周运动，洛伦兹力做向心力，设圆周运动的速率为v，则有：，

则圆周运动的周期；

那么相当于环形电流在周期T内通过的电量为q，则等效环形电流大小

；

（3）因为衰变时间极短，且衰变时内力远远大于外力，故认为在衰变过程中外力可忽略，则有动量守恒，设新核的速度为v′，则有：mv+Mv′=0；

由（2）可得：，所以，，则衰变过程使两粒子获得动能=；

由于衰变过程，质量亏损产生的核能全部转化为粒子的动能，故衰变过程的质量亏损；

答：（1）放射性原子核用表示，新核的元素符号用Y表示，则该α衰变的核反应方程为→+；

（2）α粒子的圆周运动可以等效成一个环形电流，则圆周运动的周期为，环形电流大小为；

（3）设该衰变过程释放的核能都转为为α粒子和新核的动能，新核的质量为M，则衰变过程的质量亏损△m为损．

【点评】带电粒子在磁场中的运动，一般由洛伦兹力做向心力，进而求得速度、半径、周期等问题，然后根据几何关系求得粒子运动轨迹，进而求解．

12．（20分）发电机和电动机具有装置上的类似性，源于它们机理上的类似性．直流发电机和直流电动机的工作原理可以简化为如图1、图2所示的情景．

在竖直向下的磁感应强度为B的匀强磁场中，两根光滑平行金属轨道MN、PQ

固定在水平面内，相距为L，电阻不计．电阻为R的金属导体棒ab垂直于MN、PQ放在轨道上，与轨道接触良好，以速度v（v平行于MN）向右做匀速运动．图1轨道端点MP间接有阻值为r的电阻，导体棒ab受到水平向右的外力作用．图2轨道端点MP间接有直流电源，导体棒ab通过滑轮匀速提升重物，电路中的电流为I．

（1）求在△t时间内，图1“发电机”产生的电能和图2“电动机”输出的机械能．（2）从微观角度看，导体棒ab中的自由电荷所受洛伦兹力在上述能量转化中起着重要作用．为了方便，可认为导体棒中的自由电荷为正电荷．

a．请在图3（图1的导体棒ab）、图4（图2的导体棒ab）中，分别画出自由电荷所受洛伦兹力的示意图．

b．我们知道，洛伦兹力对运动电荷不做功．那么，导体棒ab中的自由电荷所受洛伦兹力是如何在能量转化过程中起到作用的呢？请以图2“电动机”为例，通过计算分析说明．

【分析】（1）根据法拉第电磁感应定律和闭合电路求解感应电流，根据焦耳定律可得在△t时间内产生的电能，根据能量关系可得“电动机”输出的机械能．（2）a、根据运动情况和左手定则画出洛伦兹力的示意图；

b、分析洛伦兹力的分力做功情况，然后说明能量的转化情况．

【解答】解：（1）导体平动切割磁感应线产生的感应电动势为：E=BLv，

感应电流为：I=，

图1“发电机”产生的电能为：

E=EI△t=；

图2中，电动机输出的机械能等于重物增加的重力势能

△E m=mgv△t